高层住宅钢结构的设计流程及应注意的问题.docx

论文关键词高层钢结构发展设计原则论文摘要我国钢结构住宅起步很晚只是改革开放后从国外引进了一些低层和多层钢结构住宅才使我们有了学习与借鉴的机会大规模研究开发设计制造施工安装钢结构住宅还是近二三年才发展起来由于具备其他结构无法比拟的优点钢结构住宅已经给住宅产业和建筑行业带来了一场深层次的革命从设计施工到一系列新材料的使用都出现了革命性的变化因而在国际范围内代表了未来的住宅发展新模式引言高层钢结构建筑在国外已有多年的历史年最早一幢钢结构高层建筑在美国芝加哥拔地而起到了二次世界大战后由于地价的上涨和人口的迅速增长以及对高层及超高层建筑的结构体系的研究日趋完善计算技术的发展和施工技术水平的不断提高使高层和超高层建筑迅猛发展钢筋混凝土结构在超高层建筑中由于自重大柱子所占的建筑面积比率越来越大在超高层建筑中采用钢筋混凝土结构受到质疑同时高强度钢材应运而生在超高层建筑中采用部分钢结构或全钢结构的理论研究与设计建造可说是同步前进钢结构稳定设计的原则稳定性是钢结构的一个突出问题在各种类型的钢结构中都会遇到稳定问题对于这个问题处理不好将会造成不应有的损失根据稳定问题在实际设计中的特点提出了以下三项原则并具体阐明了这些原则以更好地保证钢结构稳定设计中构件不会丧失稳定结构整体布置必须考虑整个体系以及组成部分的稳定性要求目前结构大多数是按照平面体系来设计的如桁架和框架都是如此保证这些平面结构不致出平面失稳需要从结构整体布置来解决亦即设计必要的支撑构件这就是说平面结构构件的出平面稳定计算必须和结构布置相一致就如上述的年加拿大一停车场的屋盖结构塌落年土耳其某体育场看台屋盖塌落这两次事故都和没有设置适当的文撑而造成出平面失稳结构计算简图和实用计算方法所依据的简图相一致这对框架结构的稳定计算十分重要目前任设计单层和多层框架结构时经常不作框架稳定分折而是代之以框架柱的稳定计算在采用这种方法时计算框架柱稳定时用到的柱计算长度系数自应通过框架整体稳定分析得出才能使柱稳定计算等效于框架稳定计算然而实际框架多种多样而设计中为了简化计算工作需要设定一些典型条件设计结构的细部构造和构件的稳定计算必须相互配合使二者有一致性结构计算和构造设计相符合一直是结构设计中大家都注意的问题对要求传递弯矩和不传递弯矩的节点连接应分别赋与它足够的刚度和柔度对桁架节点应尽量减少杆件偏心这些都是设计者处理构造细部时经常考虑到的但是当涉及稳定性能时构造上时常有不同于强度的要求或特殊考虑例如简支梁就抗弯强度来说对不动铰支座的要求仅仅是阻止位移同时允许在平面内转动然而在处理梁整体稳定时上述要求就不够了支座还需能够阻止梁绕纵轴扭转同时允许梁在水平平面内转动和梁端截面自由翘曲以符合稳定分析所采取的边界条件钢结构住宅的设计流程判断结构是否适合用钢结构钢结构通常用于高层大跨度体型复杂荷载或吊车起重量大有较大振动高温车间密封性要求高要求能活动或经常装拆的结构结构选型与结构布置在钢结构设计的整个过程中都应该被强调的是概念设计它在结构选型与布置阶段尤其重要对一些难以作出精确理性分析或规范未规定的问题可依据从整体结构体系与分体系之间的力学关系破坏机理震害试验现象和工程经验所获得的设计思想从全局的角度来确定控制结构的布置及细部措施运用概念设计可以在早期迅速有效地进行构思比较与选择所得结构方案往往易于手算概念清晰定性正确并可避免结构分析阶段不必要的繁琐运算预估截面结构布置结束后需对构件截面作初步估算主要是梁柱和支撑等的断面形状与尺寸的假定钢梁可选择槽钢轧制或焊接型钢截面等根据荷载与支座情况其截面高度通常在跨度的之间选择翼缘宽度根据梁间侧向支撑的间距按限值确定时可回避钢梁的整体稳定的复杂计算这种方法很受欢迎确定了截面高度和翼缘宽度后其板件厚度可按规范中局部稳定的构造规定预估柱截面按长细比预估通常简单选择值在附近根据轴心受压双向受弯或单向受弯的不同可选择钢管或型钢截面等结构分析目前钢结构实际设计中结构分析通常为线弹性分析条件允许时考虑新近的一些有限元软件可以部分考虑几何非线性及钢材的弹塑性能这为更精确的分析结构提供了条件构件设计构件的设计首先是材料的选择通常主结构使用单一钢种以便于工程管理经济考虑也可以选择不同强度钢材的组合截面构件设计中现行规范使用的是弹塑性的方法来验算截面这和结构内力计算的弹性方法并不匹配当前的结构软件都提供截面验算的后处理功能由于程序技术的进步一些软件可以将验算时不通过的构件从给定的截面库里选择加大一级并自动重新分析验算直至通过如等这是常说的截面优化设计功能之一它减少了结构师的很多工作量节点设计连接节点的设计是钢结构设计中重要的内容之一在结构分析前就应该对节点的形式有充分思考与确定常常出现的一种情况是最终设计的节点与结构分析模型中使用的形式不完全一致这必须避免按传力特性不同节点分刚接铰接和半刚接图纸编制钢结构设计出图分设计图和施工详图两阶段设计图为设计单位提供施工详图通常由钢结构制造公司根据设计图编制有时也会由设计单位代为编制由于近年钢结构项目增多和设计院钢结构工程师缺乏的矛盾有设计能力的钢结构公司参与设计图编制的情况也很普遍设计图及施工详图的内容表达方法及出图深度的控制目前比较混乱各个设计单位之间及其与钢结构公司之间不尽相同初学者可参考他人的优秀设计并参考相关的工具书并依据规范规定编制钢结构住宅设计中应注意的问题钢结构有低层和多层之分低层一般不超过层用于别墅多层用于公寓本文介绍多层公寓住宅钢结构设计中一些问题超过层为高层层又称小高层抗震规范对层以下和层以上的房屋提出不同要求住宅钢结构一般不宜超过层结构抗震性能与结构布置规则性有很大关系结构布置不规则地震时易损坏而且除弹性设计外还要作弹塑性层间位移验算因此应尽量使结构布置符合规则性要求住宅钢结构的平面布置应力求规则对称住宅钢结构常见的布置不规则主要是平面不规则如平面形状不规则形等特别是支撑剪力墙偏置明显不对称等若楼层的最大弹性水平位移超过质心水平位移的倍就属于平面不规则此时需对支撑剪力墙的配置进行调整目前国内高层钢结构钢材几乎都从国外进口工程总承包由国外承担制造和安装则由国内廉价劳动力承包随着我国钢产量的增加钢结构在建筑中的应用必然会越来越广泛也必然会产生越来越深远的影响